СПОСОБ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ, РАЗМЕЩЕННЫХ НА ПОДВИЖНОМ ОБЪЕКТЕ Российский патент 2019 года по МПК H01Q1/28 H01Q1/52 H04B17/00 

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к техническим средствам обеспечения электромагнитной совместимости (ЭМС) радиоэлектронных средств (РЭС), размещенных на подвижном объекте (ПО) (грунтовом, железнодорожном, кораблях, летательном аппарате и т.п.), за счет оптимального размещения излучателя, вводимого в состав РЭС нового радиосредства. Способ преимущественно предназначен для достижения ЭМС бортовых РЭС, устанавливаемых на летательных аппаратах (ЛА).

Известен способ оценки ЭМС бортового оборудования в составе ЛА в диапазоне частот от 10 кГц и до 400 МГц по патенту RU №2497282 2012 г. Способ-аналог позволяет оценить возможность ЭМС бортовых РЭС при введении в состав оборудования РЭС нового средства. Способ заключается в выполнении следующих действий: последовательно включают радиопередатчики бортовых РЭС, оценивают работоспособность бортового оборудования до и после включения радиопомех, измерение наведенных токов помех индукционным измерительным датчиком тока, с помощью анализатора спектра измеряют уровень напряжения помех в электрической цепи с учетом переходного импеданса наведенного тока.

Недостатком известного способа является низкая достоверность оценки ЭМС, т.к. при его реализации не учитывают влияние корпуса объекта на входные параметры излучателя в месте его установки на корпусе объекта.

Известен также «Способ обеспечения электромагнитной совместимости системы связи» по патенту RU №2271067, 2004 г. Способ-аналог предназначен для обеспечения ЭМС системы связи, преимущественно системы подвижной радиосвязи, работающей с другими РЭС. В известном способе: измеряют групповое воздействие передатчиков системы связи на приемники других РЭС, затем из всей совокупности передатчиков идентифицируют группу передатчиков, которые могут работать одновременно в заданном частотном канале, идентификацию производят для каждого частотного канала и фиксируют набор частотных каналов из этого диапазона, а при работе системы связи рабочую частоту передатчика выбирают из числа зафиксированного набора частот, пригодных по условиям ЭМС.

Недостатком известного технического решения является относительно невысокая достоверность оценки ЭМС системы связи при взаимном перемещении средств подвижной связи.

Наиболее близким аналогом (прототипом) по своей технической сущности к заявленному способу является способ обеспечения ЭМС РЭС, размещенных на ЛА, за счет установки излучателя нового радиосредства, вводимого в состав бортовых РЭС, в разрешенных местах, учитывающих конструктивные и эксплуатационные ограничения, в которых обеспечивается более эффективное влияние корпуса ЛА на достижение требуемых параметров системы излучатель-корпус ЛА, влияющих на условия достижения ЭМС РЭС. См. книгу: Резников Г.Б. Самолетные антенны, М.: Советское радио, 1962, с. 112-114.

В ближайшем налоге предусмотрена следующая последовательность действий: предварительно с учетом конструктивных и эксплуатационных ограничений выбирают совокупность из N≥2 мест на корпусе ЛА, разрешенных для установки в них излучателя, вводимого радиосредства; последовательно в каждом n-ом разрешенном месте, где n=1, 2, …N, устанавливают излучателя вновь вводимого радиосредства; измеряют электрические параметры излучателя в системе с корпусом ЛА, причем в качестве параметра используют коэффициент удлинения излучателя (см. с. 112-142 упомянутой книги Г.Б. Резникова); устанавливают излучатель в выбранном месте с наибольшим значением .

Недостатком прототипа является узкая область применения, т.к. с его помощью возможно исследование только излучателей электрического типа (несимметричный вибратор, емкостной шлейф, колпачковые излучатели и т.п.), т.к. для излучателей магнитного типа (рамка, индуктивный шлейф, паз, шунтовой вибратор) указанный параметр неприемлем; кроме того, коэффициент удлинения учитывает только величину тока в излучателе, что не является основанием для энергетической (мощностной) достоверной оценки параметра, указывающего на положительное или отрицательное влияние корпуса ЛА на выполнение требований ЭМС и целесообразность установки излучателя в данном месте.

Техническим результатом при реализации заявленного способа является расширение области его применения, т.е. как для излучателей электрического, так и излучателей магнитного типа и достижение более достоверной оценки условий выполнения требований ЭМС бортовых РЭС за счет снижения концентрации связанного с излучателем реактивного электромагнитного поля, главного источника паразитных помех, наводимых на входах остальных РЭС на борту ЛА.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе обеспечения ЭМС бортовых РЭС, размещенных на подвижном объекте (ПО), преимущественно на ЛА, заключающемся в том, что определяют совокупность из N≥2 мест на корпусе ЛА, разрешенных с учетом конструктивных и/или эксплуатационных ограничений для установки в этих местах ПО излучателей, измеряют в n-ом месте, где n=1, 2, …N, электрические параметры каждого из излучателей в системе с корпусом ЛА, предварительно измеряют комплексное входное сопротивление Z_n=R_n+jX_n, где R_n, X_n - соответственно активная и реактивная составляющие входного сопротивления Z_n излучателя электрического или магнитного типа, выбранных для их установки на ЛА и измеренные в отсутствии корпуса ЛА.

По измеренным значениям R_n, X_n вычисляют идеальные добротности и соответственно излучателей электрического и магнитного типа, а после установки излучателя в n-ном разрешенном месте на корпусе ЛА в качестве электрического параметра излучателя в системе с корпусом ЛА измеряют идеальную добротность соответственно излучателя электрического и магнитного типа в присутствии корпуса ЛА. Причем измеряют и непосредственно на входе излучателя при отключенном от входа излучателя фидерном тракте.

Затем вычисляют коэффициент k_n влияния корпуса ЛА в n-ном месте установки излучателя электрического и магнитного типа.

Все измеренные значения и соответствующие им тип излучателя запоминают. А после завершения вычислений k_n по всем N их значения ранжируют.

Окончательно излучатель соответствующего типа устанавливают в разрешенном месте на корпусе ЛА, в котором из всех вычисленных значений величина k_n максимальна.

Идеальные добротности излучателей вычисляют по формуле Q_Σ0=|X_n|/R_n.

Благодаря новой совокупности существенных признаков в заявленном способе на основе измерений электрических параметров в терминах добротностей обеспечивается возможность более точного учета влияния корпуса объекта, в местах установки излучателей произвольного типа вновь вводимого радиосредства, в котором концентрация энергии связанного с излучателем реактивного электромагнитного поля минимальна и, следовательно, при прочих равных условиях, будет в минимальной степени формировать помехи, воздействующие на остальные РЭС, т.е. облегчаются условия выполнения требований по ЭМС бортовых РЭС. Кроме того, оценка параметров излучателя в терминах добротности приемлема к излучателю произвольного типа: электрического и магнитного.

Заявленное техническое решение поясняется чертежами, на которых показаны:

на фиг. 1 - рисунок, поясняющий размещение в разрешенных местах на корпусе ЛА излучателей электрического типа;

на фиг. 2 - рисунок, поясняющий размещение в разрешенных местах на корпусе ЛА излучателей магнитного типа;

на фиг. 3 - таблицы 1 и 2 с результатами экспериментальных измерений.

Реализация заявленного способа объясняется следующим образом.

Устанавливаемый излучатель на корпусе ЛА как и любая другая электродинамическая система характеризуется общим уравнением баланса энергии (см., например, книга: Муравьев Ю.К. Антенные устройства для радиосвязи. Ленинград: ВАС, 1973, с. 8-9):

здесь - комплексная мощность, затрачиваемая сторонним источником;

P_А=P_Σ+P_П - активная мощность, рассеиваемая антенной системой;

Р_Σ - мощность, затрачиваемая на создание поля излучения;

Р_П - мощность безвозвратных тепловых потерь в элементах конструкции антенны и окружающей ее среде;

ω - круговая частота;

и - усредненная за период энергия связанного с излучателем реактивного электрического поля и связанного реактивного магнитного поля.

В случае равенства усредненных за период энергий связанного электрического и магнитного реактивных полей в системе излучатель-корпус ЛА будет иметь место баланс их энергий в среднем за период.

Это указывает на потенциально минимальную концентрацию связанного с излучателем реактивного поля в ближней зоне и, как следствие, минимизацию паразитных наводок на другие РЭС.

При выполнении условий или баланс в электродинамической системе (1) нарушен и резко возрастает в ближней зоне энергия связанного реактивного поля, усредненного за период. В этом случае излучатель (систему излучатель-корпус ПО) относят соответственно к излучателям электрического или излучателям магнитного типа.

Для дальнейшего анализа возможности обеспечения ЭМС РЭС наряду с другими средствами (частотный, временной, пространственный разнос, использование фильтров и т.д.) в заявленном способе использованы понятия: идеальная добротность излучателя Q_Σ0 в отсутствии влияния корпуса ЛА и идеальная добротность Q_Σn системы излучатель-корпус ЛА при установке излучателя в n-ном разрешенном месте на корпусе ЛА.

В случае, когда наибольший геометрический размер излучателя много меньше длины рабочей волны λ, т.е. Q_Σ0 излучателя произвольного типа можно вычислить по формуле Q_Σ0=|X_n|/R_n.

Величина Q_Σn в любом в n-ном месте на корпусе ЛА может быть измерена, например, измерителем добротности - Q-метром или другим подобным прибором.

С учетом изложенных предварительных замечаний процесс реализации заявленного способа сводится к следующей последовательности действий:

1. Исходя из предъявленных конструктивных и/или эксплуатационных ограничений, определяемых массогабаритными, компоновочными, аэродинамическими ограничениями и т.п., разрабатывают электрическую схему и конструкцию собственно излучателей произвольного типа, обеспечивающих минимизацию их идеальной добротности Q_Σ0.

2. Вычисляют идеальную добротность и через соответствующие им входные сопротивления:

где, индексы «э» и «м» указывают на принадлежность параметра соответственно к излучателю электрического и магнитного типа.

Выражения (2) тем более правомерны, чем ближе наибольший линейный размер излучателя , соответствует условию где λ длина рабочей волны излучателя.

3. Устанавливают последовательно разработанные излучатели в разрешенных местах на корпусе ЛА. На фиг. 1 показаны пять разрешенных мест для установки излучателей электрического типа (несимметричные вибраторы), т.е. N^э=5. На фиг. 2 - четыре разрешенных места для установки излучателей магнитного типа (пазовые), т.е. N^м=4.

4. Измеряют, например, с помощью измерителя добротности (Q-метра) типа «КВ-1» (№3651) или другого аналогичного прибора, идеальную добротность системы: излучатель электрического или магнитного типа в n-ном месте в присутствии корпуса ЛА. Для получения более точных измерений за счет исключения искажающего влияния тепловых потерь в фидерном тракте, органах настройки и согласования, фидерный тракт отключают от входа излучателя, а измерения и проводят путем подключения Q-метра непосредственно к входу излучателя.

5. Вычисляют коэффициент k_n влияния корпуса ЛА в n-ном месте установки излучателя электрического и магнитного типа по формулам:

6. Все вычисленные значения k_n и соответствующие типы излучателей запоминают (см. фиг. 3).

7. Запомненные значения k_n ранжируют (фиг. 3).

8. Окончательный выбор типа излучателя и места его установки определяют исходя из достижения в этом месте для данного типа излучателя наибольшего значения или .

Как следует из формулы (3) при фиксированном значении идеальной добротности излучателей электрического типа или магнитного типа максимальное значение k_n достигается выбором места установки излучателя и его типа, при которых минимальное значение приобретает идеальная добротность системы излучатель-корпус объекта. Это однозначно указывает на снижение в ближней зоне связанного реактивного поля, создающего в ближней зоне помехи другим РЭС, входящим в состав бортового комплекса РЭС (см. например, книгу: Муравьев Ю.К. Антенные устройства для радиосвязи. Ленинград: ВАС, 1973, с. 9-10).

Для проверки правомерности сделанных выводов проведены экспериментальные измерения на макетах самолетов ТУ-154 (фиг. 1) и АН-8 (фиг. 2), выполненных в масштабе 1:10 с учетом соблюдения принципа электродинамического подобия.

Измерения проводились в диапазоне частот 1,0…2,0 ГГц для излучателя электрического типа, который размещался в 5 разрешенных местах и магнитного типа - в 4-х разрешенных местах (фиг. 1 и 2).

Результаты измерений, приведенные в Таблицах 1 и 2, дают основания для следующих выводов:

1. Коэффициент k_n влияния корпуса на электрические параметры излучателя в системе с корпусом объекта существенно зависит от места установки излучателя.

2. В месте достижения наибольшего значения k_n идеальная добротность системы излучатель-корпус объекта минимальна, что указывает на снижение концентрации усредненной за период энергии связанного реактивного поля в ближней зоне и, следовательно, снижение уровня помех, мешающих другим элементам РЭС бортового комплекса.

3. Наиболее приемлемым, с точки зрения обеспечения ЭМС РЭС, является для излучателя электрического типа места на корпусе ЛА обозначенные №№4 и 5, где k^э=(1,40÷1,48) максимально на всех частотах (Фиг. 1, Таблица 1). Для излучателя магнитного типа, лучшим является место №1 (Фиг. 2), в котором k^м=(1,73÷1,78) на всех частотах.

4. Отраженная в формуле изобретения новая совокупность существенных признаков, подтвержденная результатами экспериментальной проверки, указывает на возможность достижения сформулированного технического результата при реализации заявленного технического решения.

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к техническим средствам обеспечения электромагнитной совместимости (ЭМС) радиоэлектронных средств (РЭС), размещенных на подвижном объекте (ПО). Техническим результатом при использовании заявленного способа является расширение области его применения и обеспечение условий ЭМС РЭС, установленных на ПО. Технический результат достигается следующей последовательностью действий: предварительно разрабатывают излучатели для вновь вводимого средства в состав РЭС ПО; вычисляют идеальную добротность собственно излучателя без присутствия корпуса объекта; последовательно устанавливают излучатели в разрешенных местах на корпусе ПО; измеряют в каждом из мест идеальную добротность излучателя в системе с корпусом объекта; вычисляют коэффициент k_n влияния корпуса ЛА в n-ом месте установки для излучателей произвольного типа; запоминают измеренные значения k_n и ранжируют их; окончательно излучатель устанавливают в месте, где значение k_n максимально. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ обеспечения электромагнитной совместимости (ЭМС) радиоэлектронных средств (РЭС), размещенных на подвижном объекте (ПО), преимущественно на летательном аппарате (ЛА), заключающийся в том, что определяют совокупность из N≥2 мест на корпусе ЛА, разрешенных с учетом конструктивных и/или эксплуатационных ограничений для установки в этих местах ПО излучателей, измеряют в n-м месте, где n=1, 2, … N, электрические параметры каждого из излучателей в системе с корпусом ЛА, отличающийся тем, что предварительно измеряют комплексное входное сопротивление Z_n=R_n+j Х_n, где R_n, Х_n - соответственно активная и реактивная составляющие входного сопротивления Z_n излучателей электрического или магнитного типа, выбранных для их установки на ЛА, измеренные в отсутствие корпуса ЛА, по измеренным значениям R_n, Х_n вычисляют идеальные добротности соответственно излучателей электрического и магнитного типа, а после установки излучателя в n-м разрешенном месте на корпусе ЛА в качестве электрического параметра излучателя в системе с корпусом ЛА измеряют идеальную добротность соответственно излучателя электрического и магнитного типа в присутствии корпуса ЛА, причем измеряют непосредственно на входе излучателя при отключенном от входа излучателя фидерном тракте, а затем вычисляют коэффициент k_n влияния корпуса ЛА в n-м месте установки излучателя электрического и магнитного типа, запоминают , после чего все запомненные значения k_n ранжируют, а излучатель соответствующего типа окончательно устанавливают в разрешенном месте на корпусе ЛА, в котором из всех вычисленных значений величина k_n максимальна.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что идеальная добротность излучателя электрического и магнитного типа вычисляют по формулам: